DE69123708T2

DE69123708T2 - Verfahren und Gerät zur Reduzierung der Neigungswinkelschwankungen in einer Ionenimplantierungsmaschine

Info

Publication number: DE69123708T2
Application number: DE69123708T
Authority: DE
Inventors: Andrew Marlow Ray
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1990-10-03
Filing date: 1991-10-02
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2011-10-03
Also published as: JP3106214B2; DE69123708D1; EP0486149B1; EP0486149A2; KR970002681B1; EP0486149A3; JPH04280054A; KR920008846A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ionenimplantationsvorrichtung zur Behandlung von Werkstücken und findet insbesondere Anwendung bei der Ionenimplantation von Halbleiter-Wafern.

Technischer Hintergrund

Es ist in der Technik der Halbleiterherstellung bekannt, einen Ionenstrahl zu verwenden, um Haibleiter-Wafer mit Ionenverunreinigungen zu dotieren. Durch Scannen bzw. Hin- und Herführen eines Strahls über eine Wafer-Oberfläche oder durch das Bewegen des Wafers durch einen stationären Strahl kann der Wafer gleichförmig dotiert werden.
Der Winkel, in dem ein Ionenstrahl auf eine Wafer-Oberfläche trifft (wafer tilt = Wafer-Neigung) ist ein wichtiger Parameter bei der Ionenimplantation des Wafers. Neuere Trends bei der Halbleitermaterialverarbeitung fordem eine verringerte Variation des Ionenauftreffwinkels über die Wafer-Oberfläche.
Bei einem Scan- bzw. Führungsionenstrahlsystem erzeugen elektrostatische Ablenkplatten ein Rastermuster eines Ionenstrahlauftreffens auf der Wafer-Oberfläche. Ein Plattensatz erzeugt eine schnelle Hin- und Herführung in einer Richtung und ein zweiter Plattensatz sieht eine Strahlablenkung in einer senkrechten Richtung vor. Eine solche Rasterführung bzw. ein solcher Rasterscan hat Auftreffwinkelveränderungen von ± 4º über einen Wafer mit 200 mm für eine typische Ionenstrahlgeometrie zur Folge.
Es sind Verfahren vorgeschlagen worden, um diese Variation des Auftreffwinkels zu verringern. Ein Vorschlag schlägt die Verwendung von vier Sätzen von Ablenkplatten vor, zwei horizontal und zwei vertikal, und es wird auf ihn als Doppelablenksystem Bezug genommen. Der Strahl wird zuerst weg von einer Anfangsflugbahn (Trajektone) gelenkt und wird dann, gerade bevor er auf den Wafer trifft, wieder abgelenkt, um zu einer Richtung parallel zu seiner ursprünglichen unabgelenkten Flugbahn zurückzukehren.
Die Anwendung eines Doppelablenkungssystems mit großen Wafer-Durchmessern erfordert Ablenkplatten, die breiter beabstandet sind. Dies erfordert hohe Ablenkspannungen, die gescannt bzw. geführt werden müssen und die mit den Scan- bzw. Führungsspannungen präzise synchronisiert sind, die an dem ersten Satz von Ablenkplatten angelegt sind. Ein weiteres Problem ist, daß, wenn die Öffnung der Ablenkplatten steigt, elektrostatische Rand- bzw. Nebenfelder schwierig zu steuern werden und anfälliger für Strahlraumladungseffekte werden.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Verringerung von Neigungsveränderungen ist es, einen mechanisch geführten sich drehenden Scheiben-Wafer-Träger zu verwenden. Wenn die Drehachse parallel zum Strahl ist, gibt es keine Auftreffwinkelvariationen. Drehscheibenträger haben Probleme, eine Steuerung des Auftreffwinkels zu erreichen, während sie den notwendigen Zustand für eine Auftreffwinkelveränderung aufrechterhalten. Ein Beispiel eines Patentes des Standes der Technik mit einem Drehwerkstückträger ist das US-Patent 4 794 305 (Matsukawa).
Ein weiterer jüngerer Ansatz ist es, elektrostatisch den Strahl in einer Achse zu führen bzw. zu scannen und dann einen stark geteilten bzw. gepolten Biege- bzw. Ablenkmagneten zu verwenden, um einen Parallelbandstrahl zu erzeugen. Der Wafer wird dann mechanisch in einer Richtung senkrecht zum Bandstrahl (ribbon beam) geführt, um eine gleichförmige zweidimensionale Implantation zu erzeugen. Die US-Patente 4 276 477 (Enge), 4 687 936 (Mclntyre und andere) und 4 922 106 (Berrian und andere) (entsprechend WO 87/06391) offenbaren solche Systeme.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß eines Aspektes sieht die Erfindung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, ein Ionenstrahlimplantationssystem vor, um steuerbar ein Werkstück zu behandeln, wobei das System folgendes aufweist: Quellenmittel zum Vorsehen bzw. Erzeugen von Ionen zur Behandlung des Werkstücks; Tragmittel zum Orientieren des Werkstücks an einer Stelle relativ zu den Quellenmitteln; Strahlmittel, um zu bewirken, daß durch die Quellenmittel emittierte bzw. ausgesandte Ionen einen Ionenstrahl bilden, der sich auf einer ersten Flugbahn (Trajektone) bewegt; Ablenkmittel zum Ablenken der Ionen in dem Ionenstrahl weg von der ersten Flugbahn durch gesteuerte anfängliche Ablenkgrößen entlang divergierender Flugbahnen (Trajektorien); Steuermittel mit einem Ausgang, der mit den Ablenkmitteln gekoppelt ist, um die Ablenkung des Ionenstrahls einzustellen und dadurch die Behandlung des Werksüückes zu steuern; und Linsenmittel, um die durch die Ablenkmittel abgelenkten Ionen auf Aufschlagflugbahnen zu leiten, die das Werkstück in einem gleichförmigen gesteuerten Aufschlagwinkel treffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenmittel eine Vielzahl von Elektroden aufweisen, die den Ionenstrahllaufpfad begrenzen, um ein nicht gleichförmiges statisches elektrisches Feld aufzubauen, und zwar zum Auffangen und Rückablenken der Ionen, die sich entlang der divergierenden Flugbahnen bewegen; und durch Vorspannmittel, um entsprechende Spannungen an der Vielzahl von Elektroden zu steuern, so daß eine Stärke des nicht-gleichförmigen statischen elektrischen Feldes sich über den Ionenstrahllaufpfad verändert, und zwar in Beziehung mit einem Divergenzgrad bzw. Grad der Abweichungen der Ionen im Ionenstrahl von der ersten Flugbahn (Trajektone), wodurch die rückabgelenkten Ionen zu den Aufschlagflugbahnen geleitet werden.
Der Oberbegriff des Anspruches 1 spiegelt den Stand der Technik gemäß des US-Patentes 4 611 712 (Mobley) (entsprechend WO 86/07189) wieder, welches eine Einrichtung zum Scannen bzw. Führen eines Ionenstrahls über die Oberfläche eines Werkstückes offenbart, während man einen im wesentlichen konstanten Auftreffwinkel bzw. Einfallswinkel beibehält, wobei die Einrichtung ein Strahlablenkungssystem gefolgt von einer Raumladungslinse besitzt.
Gemäß des Ionenstrahlimplantationssystems der Erfindung besitzen die Linsenmittel eine Vielzahl von Linsenelektroden, die in berabstandeter Beziehung zum Ionenstrahllaufpfad angeordnet sind, und die auffestgelegte Steuerspannungen vorgespannt sind. Das daraus resultierende elektrische Feld, welches von den Spannungen der Linsenelektroden erzeugt wird, biegt bzw. beugt den Ionenstrahl um ein Ausmaß, welches vom Laufpfad des Ionenstrahls durch die elektrostatischen Linsen genau so wie von der Masse und der Energie der Ionen abhängt. Der Betrieb der Linsen ist analog zum Betrieb von optischen Linsen, da das Ausmaß der Ablenkung des Ionenstrahls Veränderungen mit dem Winkel und der Position erfährt, in dem der Ionenstrahl in das elektrische Feld eintritt, welches von der Linse erzeugt wird.
Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird die gesteuerte Anfangsablenkung und Rückablenkung auf Grund des Betriebes der elektrostatischen Linse in einer Dimension durchgeführt. Die zwei-dimensionale Führung bzw. Abtastung (scan) eines Werkstücks wird durch Relativbewegung der Führungs- bzw. Abtaststruktur in Beziehung zum Werkstück durchgeführt. Dies kann entweder durch eine Bewegung des Werkstücks durchgeführt werden, oder durch eine Bewegung der Strahlablen kungsstruktur. Eine Alternative für diese bevorzugte Konstruktion verwendet eine kreisförmige Scan- bzw. Führungsbewegung, wobei die Ablenkungs- oder Führungselektrode genau so wie die elektrostatische Linsenstruktur mit einer gesteuerten Rate bzw. Geschwindigkeit gedreht wird, wenn der abgelenkte Ionenstrahl in einem kreisförmigen Gebiet von stationären Wafern auftrifft.
Gemäß eines weiteren Aspektes sieht die Erfindung die elektrostatische Linse vor, die von Anspruch 6 definiert werden.
Gemäß eines weiteren Aspektes sieht die Erfindung ein von Anspruch 8 definiertes Verfahren vor, um ein Werkstück mit einem Ionenstrahl zu implantieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Ionenimplantationssystems, welches gemäß der Erfindung konstruiert ist;
Fig. 2 ist eine Ansicht einer elektrostatischen Linsenstruktur zur Ablenkung eines Ionenstrahls, wenn er zur Region eines Werkstückes hindurchläuft;
Fig. 3 ist eine Ansicht der elektrostatischen Linse der Fig. 2;
Fig. 4 ist eine Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels einer Struktur einer elektrostatischen Linse, die gemäß der Erfindung konstruiert ist;
Fig. 5 ist eine Ansicht der elektrostatischen Linse der Fig. 4;
Fig. 6 ist ein Graph bzw. eine Kurve des Biege- bzw. Ablenkwinkels gegenüber der Position für die Linsenstruktur der Fig. 2;
Fig. 7 ist eine Kurve der Elektrodenspannung gegenüber der Position für die Linsenstruktur der Fig. 2;
Fig. 8 ist eine Kurve des Biege- bzw. Ablenkwinkels gegenüber der Position für die elektrostatische Linse der Fig. 4;
Fig. 9 ist eine Kurve der Elektrodenspannung gegenüber der Position für die elektrostatische Linse der Fig. 4;
Fg.10 ist eine schematische Ansicht, die eine Kreisscanbzw. Kreisführungs-Ionenimplantationsvorrichtung zum Implantieren einer Vielzahl von Werkstücken zeigt; und
Fig.11 ist eine vergrößerte Ansicht der Abbildung der Fig. 5, die elektrische Feldlinien zeigt, die auf Grund des Anlegens von Steuerspannungen an die Elektroden der elektrostatischen Linse erzeugt werden.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Mit Bezug auf die Zeichnungen ist ein Ionenimplantationssystem 10 gezeigt, welches eine Ionenquelle 12 besitzt, um einen Ionenstrahl 14 entlang einer Flugbahn (Trajektone) zu leiten, die zu einem Ionenmassen-Analysemagneten bzw. Auflösungsmagneten 16 führt. Der Magnet 16 biegt den Strahl ungefähr in einem rechten Winkel und leitet Ionen mit einer geeigneten Masse entlang eines Laufpfades durch eine Auflösungsapertur bzw. -öffnung 20. Die Schließvorrichtung (shutter) 20 wirft Ionen mit nicht geeigneter Masse für den Ionenstrahl zurück.
Der Strahl 14 geht dann durch ein Paar von Ablenkelektroden 26, 28. Steuerspannungen, die an den Elektroden 26, 28 durch eine Steuerschaltung 29 angelegt werden, bewirken, daß der Ionenstrahl durch elektrische Felder hindurchläuft, die den Ionenstrahl 14 um ein gesteuertes Ausmaß ablenken. Die Größe der Spannungsdifferenz zwischen den zwei Platten 26, 28 steuert das Ausmaß der Ablenkung. Der abgelenkte Ionenstrahl tritt in eine elektrostatische Linse 30 ein, wo er im allgemeinen entlang eines Laufpfades zurückgeleitet wird, der parallel zur Flugbahn ist, der der Strahl folgt, wenn er aus dem Analyse- bzw. Auflösungsmagneten 16 austritt. Die elektrostatische Linse 30 weist eine Anzahl von einzelnen Elektroden 32 und ein Paar von beabstandeten parallelen Platten 34, 36 auf (Fig. 2). Nachdem sie durch die Linse 30 gelaufen sind, werden die Ionen im Strahl optional auf eine endgültige Implantationsenergie von einem elektrostatischen Beschleuniger 38 beschleunigt.
Stromabwärts der elektrostatischen Linse 30 weist eine Ionenimplantationsstation 40 eine Struktur auf, die einen Halbleiter-Wafer in einer Position trägt, so daß er Ionen auffängt, die vom Beschleuniger 38 beschleunigt worden sind. Ionenstrahlkollisionen mit anderen Partikeln verschlechtern die Strahlintegrität, so daß die gesamte Strahllinie von der Quelle 12 zur Implantationsstation 40 evakuiert ist. In der Region der Ionenimplantationsstation 40 ist eine Kammer 42 evakuiert und die Wafer werden in Ladeverschlußvorrichtungen eingebracht und aus ihnen herausgezogen, um ein wiederholtes Unterdrucksetzen und Herabsetzen des Druckes der Kammer 42 zu vermeiden. Ein mechanisierter Arm 44 greift Wafer, die aus einer Kassette 50 aufgenommen werden, durch ein Shuttle bzw. eine Transportvorrichtung 52 und positioniert jeden nicht dotierten Wafer auf einer Wafer-Orientierungsvorrichtung 56. Die Orientierungsvorrichtung bzw. Ausrichtungsvorrichtung 56 dreht den nicht dotierten Wafer in eine spezielle Orientierung vor der Ionenimplantation, so daß, wenn die Ionen auf den Wafer treffen, sie eine spezielle Orientierung der Kristallgitterstruktur antreffen. Der Wafer wird dann in eine Ladeverschlußvorrichtung 58 bewegt, so daß ein zweiter Arm 46 die Wafer zu einer Implantierungsposition innerhalb der Kammer 42 bewegen kann. An der Implantationsstelle orientiert ein Wafer- Träger 59 den Wafer 60 mit Bezug auf den Ionenstrahl in einem speziellen Kippwinkel, der während der Parallelionenstrahlorientierung konstant bleibt.
Die Scan- bzw. Führungselektroden 26, 28 erzeugen eine Strahlführung von Seite zu Seite, und zwar von gesteuertem Ausmaß unter Leitung der Steuerschaltung 29. Die Schaltung weist eine programmierbare Steuervorrichtung bzw. einen Controller auf, um die Führungselektrodenspannungen einzustellen, um diese Wafer-Führung bzw. diesen Wafer-Scan zu erreichen. Das spezielle in Fig. 1 abgebildete System erzeugt nur eine Führung von Seite zu Seite, so daß um vollständig ein Werkstück zu implantieren, wie beispielsweise die kreisförmigen in Fig. 1 abgebildeten Wafer, eine zusätzliche Relativbewegung zwischen dem abgelenkten Ionenstrahl und dem Werkstück notwendig ist. Bei dieser Einrichtung wird eine lineare Hin- und Herführung eines Wafers 60 in der Ionenimplantationsstation 40 durch geeignete (nicht gezeigte) Antriebsmechanismen für den Träger 59 erreicht.
Sobald der Wafer 60 durch eine Behandlung mit dem Ionenstrahl dotiert worden ist, wird der nun dotierte Wafer aus der Implantationsstation 40 durch einen dritten Arm 62 entfernt. Dieser Arm 62 liefert den Wafer 60 an eine Ladeverschlußvorrichtung 64, so daß ein vierter mechanisierter Arm 66 den Wafer auf ein Shuttle- bzw. eine Transportvorrichtung 68 übertragen kann, die den dotierten Wafer in einer Kassette 70 speichert.
Fig. 2 und 3 veranschaulichen eine von zwei offenbarten Linsenkonfigurationen. Einzelne Ionen vom Strahl 14 werden durch die Spannungen der zwei Metallplatten 26, 28 abgelenkt und laufen durch eine Region, die von den zwei Platten 34, 36 und einer Vielzahl von Metallelektroden 32 begrenzt werden. Die Beabstandung zwischen den zwei Platten 34 und 36 definieren die Breite der elektrostatischen Linse 30. Wie im Graph der Fig. 7 abgebildet, wird die Platte 34 auf einem konstanten elektrischen Potential von einer Leistungsversorgung 37 gehalten, welches geringer ist als das Potential der Platte 36. In den Fig. 6 und 7 bezeichnet die Abszisse "x" einen Abstand von der Platte 34. Die Spannungen auf den Elektroden 32 hängen von der relativen Positionierung dieser Elektroden mit Bezug auf die zwei Platten 34, 36 ab. Die Elektrodenspannungen steigen von der Platte 34 zur Platte 36.
Im allgemeinen wird die Spannung an den Elektroden derart gewählt, daß sie linear mit der Position zwischen den zwei Platten 34, 36 verändert und wird von einer geeignet konstruierten Gleichstrom-Leistungsversorgung aufrechterhalten, die fähig ist, eine Spannungsdifferenz zwischen den Platten 34, 36 von hunderten von Volt vorzusehen.
Wie in Fig. 2 zu sehen, ist die Platte 34 kürzer als die Platte 36 und die Elektrodenllänge variiert auch. Die Abmessungen der Elektroden und Platten und die Auswahl der Vorspannspannungen, die an den Elektroden und den Platten angelegt sind, erzeugen einen in Fig. 6 abgebildeten Biege- bzw. Ablenkwinkel. Jene Ionen, die von den Platten 26, 28 im größten Ausmaß abgelenkt werden, werden in einem größeren Ausmaß zurückabgelenkt, und zwar auf Grund der längeren elektrostatischen Zusammenwirkung mit den elektrischen Feldern, die innerhalb der Linse erzeugt werden.
Die Position, in der Ionen in die Region zwischen den zwei Platten 34, 36 eintreten, variiert mit dem anfänglichen Ablenkwinkel. Auf Grund des Kompensationseffektes der Linse 30 tritt eine proportionale Rückablenkung auf und alle Ionen, die in die Linse eintreten, treten entlang von parallelen Pfaden aus. Durch eine gesteuerte Strahlablenkung von Seite zu Seite wird ein enger gleichförmiger Ionenstrahl vorgesehen, der die gesamte Breite des Wafers 60 überquert.
Die Fig. 4 und 5 bilden eine alternative Anordnung für eine elektrostatische Linse 30' ab. Bei dieser Anordnung besitzen beide Platten 34', 36' und alle Elektroden 32' die gleiche Länge. Die Elektroden und Platten werden jeweils auf einer jeweiligen konstanten Spannung gehalten, jedoch ist, wie in Fig. 9 zu sehen, die Spannungsveränderung zwischen den zwei Platten nicht linear. Das Endergebnis ist ein Biege- bzw. Ablenkwinkel, der linear mit Bezug auf die Position ist (siehe Fig. 8).
Die in Fig. 9 abgebildete Kurve ist von der Form Vx α Xm, wobei m ungefähr 2 ist und wobei X der Abstand von der Elektrode 34' ist. Vx ist proportional zur Strahlenergie und dem einfallenden Scan- bzw. Führungswinkel genau so wie von den Abmessungen, der Anzahl und der Beabstandung der Elektroden. In Fig. 11 ist eine vergrößerte Ansicht der Abbildung der Fig. 4 offenbart, um die elektrischen Feldlinien in der Nachbarschaft der Elektroden 32' und der Endplatten 34', 36' zu zeigen.
In der Abbildung der Fig. 11 besitzt die Linse eine Gesamtbreite von 240 mm mit einer gleichmäßigen Beabstandung zwischen den Elektroden. Die Elektrodenlänge ist ungefähr 9 inch. Die Spannung an jeder Elektrode wird für jeden relevanten Parameter eingestellt und dann für eine spezielle Ionenimplantation festgelegt. Obwohl die Spannungen für verschiedene Parameter variieren, sollte das Verhältnis der Spannungen der oben gegebenen Proportionalität entsprechen.
Es ist möglich, den Wert des Exponenten m einzustellen, um den Grad der Parallelität des Ionenstrahls abzustimmen, und um Rand- bzw. Nebenfeldeffekte am Eingang und Austritt der Linse einzustellen. Werte von m von 1,8 bis 2,2 sind verwendet worden und die daraus resultierenden Spannungen sind unten in Tabelle 1 tabellarisch aufgeführt. TABELLE 1
Wie oben bemerkt, wird in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung der Fig. 1 der Wafer auf einem Träger 59 montiert bzw. befestigt, der hin und her durch den dünnen im allgemeinen ebenen Ionenstrahl hindurchgeht. Dies vermeidet die Notwendigkeit einer großen Linsenöffnung mit dem damit einhergehenden Verlust der präzisen Steuerung des elektrischen Feldes.
Fig. 10 bildet eine alternative Anordnung ab, bei der die elektrostatische Linse 30 auf einem langgestreckten Träger 100 montiert ist, der sich um eine Achse 110 entsprechend einer anfänglichen Strahlflugbahn (Trajektone) dreht. Ionen innerhalb des Strahls 14 treten in eine Ablenkstation 112 ein, die ein Paar von parallelen Ablenkplatten aufweist, die zur Drehung montiert sind. Der Ionenstrahl wird in einem variablen Ausmaß abgelenkt und wird um die Drehachse 110 gescannt bzw. hin- und hergeführt. Die Drehung der Scan- bzw. Führungselektroden und der elektrostatischen Linse ist gleichzeitig und wird vorzugsweise durch eine mechanische Verbindung der Scanbzw. Führungsplatten und der Linse durchgeführt. Dies gestattet es, daß ein einziger Motor sowohl die Ablenkplatten als auch die Linse 30 dreht. Wenn die Ablenkplatten den Ionenstrahl ablenken, laufen die Ionen durch die elektrostatische Linse 30 und werden entlang von parallelen Pfaden zu einer Ionenimplantationsstation 120 rückabgelenkt. In dieser Ionenimplantationsstation trägt ein Wafer-Träger 122 eine Vielzahl von Ralbleiter-Wafern 60. Der Wafer-Träger 122 ist zur Bewegung zwischen einer Position, in der die Wafer auf dem Träger angeordnet werden, und einer zweiten Position montiert, in der die Wafer zur Implantation dargeboten werden. Die Wafer bleiben stationär, wenn die Ablenkplatte und die elektrostatischen Linsen gedreht werden, was bewirkt, daß parallele Strahlen vom Ionenstrahl die kreisförmig angeordneten Halbleiter-Wafer 60 treffen.
Ein geringfügig unterschiedliches Ausführungsbeispiel der in Fig. 10 abgebildeten Struktur würde feste Ablenkplatten und elektrostatische Linsen aufweisen und einen sich drehenden Wafer-Träger, was bewirkt, daß mehrere bzw. mehrfache Wafer durch die parallelen Strahlen des zweimal abgelenkten Ionenstrahls hindurchlaufen.
Die Steuerelektroniken 29, die mit den Ablenkplatten 26, 28 gekoppelt sind, sind nötig, um eine gleichförmige Ionenimplantation sicherzustellen. Solche Elektroniken werden typischerweise mit einer programmierbaren Steuervorrichtung gekoppelt, die automatisch ein variables Spannungssignal an den zwei parallelen Platten anlegt, was bewirkt, daß der Winkel, in dem der Ionenstrahl abgelenkt wird, mit der Zeit variiert. Durch Wiederholen der Veränderung der Scan- bzw. Führungsspannung wird eine zyklische Strahlablenkung vorgesehen, was eine gleichförmige Ionenimplantationsdosierung bewirkt, wenn eine Relativdrehung zwischen dem Ionenstrahl und den Wafern vorgesehen wird.
Die Erfindung ist in Verbindung mit mehreren alternativen Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Es ist beabsichtigt, daß die Erfindung alle Modifikationen und Veränderungen von diesen Ausführungsbeispielen umfaßt, die innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

1. Ionenstrahlimplantationssystem zur steuerbaren Behandlung eines Werkstücks (60), wobei das System folgendes aufweist:

Quellenmittel (12) zum Vorsehen von Ionen zur Behandlung des Werkstücks;

Tragmittel (59; 122) zum Orientieren des Werkstücks an einer Stelle relativ zu den Quellenmitteln;

Strahlformmittel (16; 20) um zu bewirken, daß durch die Quellenmittel emittierte Ionen einen Ionenstrahl (14) bilden, der sich auf einer ersten Flugbahn (Trajektone) bewegt;

Ablenkmittel (26, 28; 112) zum Ablenken der Ionen in dem erwähnten Ionenstrahl weg von der ersten Flugbahn, und zwar durch gesteuerte anfängliche Ablenkgrößen entlang divergierender Flugbahnen (Trajektorien);

Steuermittel (29) mit einem Ausgang der mit den Ablenkmitteln gekoppelt ist, um die Ablenkung des erwähnten Ionenstrahls einzustellen und dadurch die Behandlung des Werkstücks zu steuern; und

Linsenmittel (30) um die durch die Ablenkmittel abgelenkten Ionen auf Aufschlagflugbahnen zu leiten, die das Werkstück mit einem gleichförmigen gesteuerten Aufschlagwinkel treffen, wobei die Linsenmittel Elelektrodenmittel (32) und Vorspannmittel (37) aufweisen zum Steuern der Spannung an den Elektrodenmitteln;

dadurch gekennzeichnet daß die Elektrodenmittel eine Vielzahl von Elektroden (32) aufweisen, welche den Ionenstrahllaufpfad begrenzen, um ein nicht gleichförmiges statisches elektrisches Feld vorzusehen zum Auffangen und Rückablenken der sich entlang der divergierenden Flugbahnen bewegenden Ionen; und daß

die Vorspannmittel (37) entsprechende Spannungen an der Vielzahl der Elektroden steuern, so daß die Stärke des nicht gleichförmigen statischen elektrischen Feldes sich über den erwähnten Ionenstrahllaufpfad hinweg verändert, und zwar in Beziehung stehend mit dem Grad oder Ausmaß der Divergenz der Ionen in dem Ionenstrahl von der ersten Flugbahn, wodurch die rückabgelenkten Ionen zu den erwähnten Aufschlagflugbahnen geleitet werden.

2. Ionenstrahlimplantationssystem nach Anspruch 1, wobei die Ablenkmittel (112) und die Linsenmittel (30) mechanisch verbunden sind, und ferner Mittel aufweisen zum Drehen der Ablenkmittel und der Linsenmittel um eine Achse (110), um über ein abgetastetes Werkstück zu schwingen oder zu streichen.

3. Ionenstrahlimplantationssystem nach Anspruch 1, wobei die Ablenkmittel (26, 28) und die Linsenmittel (30) festgelegt sind, und wobei die Tragmittel (59) das Werkstück relativ zum Ionenstrahl bewegen.

4. Ionenimplantationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erwähnte Vielzahl der Elektroden (32) langgestreckt ist und in beabstandeter Beziehung angeordnet ist, um zwei Reihen von Elektroden zu definieren, die entgegengesetzt liegende Seiten einer Region begrenzen, durch die die Ionen laufen und rückabgelenkt werden.

5. Ionenstrahlimplantationssystem nach Anspruch 4, wobei die Linsenmittel (30) erste und zweite leitende Platten (34, 36) aufweisen, die einen Spalt zwischen den zwei Reihen von Elektroden überspannen, wobei die Vorspannmittel (37) Spannungen an die ersten und zweiten Platten anlegen und an die Vielzahl der Elektroden, um das nicht gleichförmige, statische elektrische Feld vorzusehen.

6. Elektrostatische Linse für ein Ionenstrahlimplantationssystem, welches die Ionen in dem Ionenstrahl weg von ihrer ersten Flugbahn (Trajektone) entlang divergierender Flugbahnen ablenkt, und wobei die Linse eine Ionenablenkregion vorsieht, in der die divergierenden Ionen weiter abgelenkt werden zu Aufschlagflugbahnen auf ihrem Weg zu einem Ziel (Target), wobei die Linse folgendes aufweist:

eine Vielzahl von langgestreckten, leitenden Elektroden (32) beabstandet von einander zur Definition einer ersten Reihe von Elektroden, die eine Seite der erwähnten Region begrenzen;

einen Vielzahl von langgestreckten, leitenden Elek troden (32), die voneinander beabstandet sind, um eine zweite Reihe von Elektroden zu definieren, die eine entgegengesetzte Seite der Region begrenzen;

erste und zweite leitende Platten (34, 36), die einen Spalt zwischen den ersten und zweiten Reihen von Elektroden überspannen und die in Kombination mit den ersten und zweiten Reihen von Elektroden die Ionenablenkregion definieren durch die die Ionen laufen und vor dem Auftreffen auf das Target abgelenkt werden; und

Vorspannmittel (37) zum Anlegen entsprechender Spannungen an die Elektroden der ersten und zweiten Reihen und an die ersten und zweiten leitenden Platten um ein statisches nichtgleichförmiges elektrisches Feld innerhalb der Ablenkregion zu erzeugen, so daß die Stärke des nichtgleichförmigen elektrischen Feldes sich über den Ionenstrahllaufpfad verändert, und zwar in Beziehung mit dem Divergenz- oder Ablenkgrad der Ionen in dem Ionenstrahl von der ersten Flugbahn, wodurch die rückabgelenkten Ionen zu den Aufschlagflugbahnen geleitet werden.

7. Elektrostatische Linse nach Anspruch 6, wobei die Vorspannmittel (37) Spannungen an die Elektroden (32) und die ersten und zweiten leitenden Platten (34, 36) anlegen um ein elektrisches Feld zu erzeugen, welches die Tendenz hat die Ionen zu veranlassen die Ablenkregion mit annähernd parallelen Flugbahnen zu verlassen.

8. Verfahren zum Implantieren eines Werkstücks mit einem Ionenstrahl, wobei das Verfahren folgendes vorsieht:

Vorsehen eines Ionenstrahls der Ionen aufweist die sich entlang einer ersten Flugbahn (Trajektone) bewegen;

Ablenken der Ionen aus der ersten Flugbahn durch gesteuerte Größen zur Erzeugung eines divergierenden Ionenstrahls;

Schaffen eines nichtgleichförmigen statischen elektrischen Feldes an einer Region zum Auffangen oder Unterbrechen des divergierenden Ionenstrahls, wobei diese die Ionen in dem divergierenden Ionenstrahl rückablenkt zu Werkstück-Auftreffflugbahnen die im allgemeinen paralell zueinander verlaufen, und zwar durch Steuern der entsprechenden Spannungen an einer Vielzahl von Elektroden welche die Region begrenzen, derart, daß die Stärke des nicht gleichförmigen statischen elektrischen Feldes sich über die erwähnte Region hinweg ändert, und zwar in Relation zu dem Grad oder dem Ausmaß der Divergenz der Ionen in dem Ionenstrahl von der ersten Flugbahn; und

Vorsehen einer relativen Abtastbewegung zwischen dem Werkstück und dem Ionenstrahl darauffolgend auf die erwähnte Region oder Zone wo der Ionenstrahl rückabgelenkt wird.